采用有限元技术分析压力容器直径与极限载荷的关系

杨存奎 陈永哲

摘 要：随着国内压力容器的使用越来越普遍，安全隐患也日益提高，故对压力容器器壁应力进行准确分析是非常有必要的，本文主要通过运用ANSYS有限元分析模拟软件，分析公称直径（以内径为基准）与极限载荷之间存在的关系。随后发现公称直径与极限载荷之间呈现反比的关系，随着直径的加大，容器所能承受的极限载荷呈现逐渐减小的趋势，这对于压力容器的适用范畴与选取直径的设计都是非常有帮助的，同时也有助于高压作用下的容器的安全正常使用。

关键词： 应力分析;ANSYS;有限元;高压容器

压力容器在工程上的应用越来越广泛，高压容器在现在过程工业中应用十分广泛而且发展的非常迅速，由于高压爆破实验对现代工业的发展、设计、研究和制造都具有非常重要的意义，对高压容器进行应力分析关乎设备的正常运行。高压下压力容器器壁分析可减少甚至杜绝此类危险隐患的发生，因此，高压爆破实验具有很重要的研究价值，在高压下对压力容器进行应力分析是非常必要的。对于此实验采用的是ANSYS分析设计的方法，针对压力容器进行具体的应力分析，针对性的找出压力容器在高压条件下，薄弱的承受应力之处，针对性的对压力容器进行改进。

1 有限元建模

1.1 建模方法

利用有限元软件创建节点，再将节点连线成面，最后旋转平面从而获得压力容器，从而对不同直径的高压容器进行模拟建模分析。

1.2 建模尺寸

该模型的尺寸标准如下：

1. 压力容器公称直径（以内径为基准）20mm，40mm，50mm，壁厚均为3.5mm，筒体长度均为150mm。

1.3 材料属性的选择

压力容器所选取的材料均为Q235的低合金高强度结构钢，该材料的弹性模量E=0.206MPa，泊松比是u=0.2，屈服强度为235MPa。将定义的Q235材料应用到所建的模型上，并对模型进行应力应变的分析模拟。

1.4 模型的网格划分

在Main Menu菜单栏中选择Preprocrssor（前处理）选项中Meshing中的Mesh（网格）中Volumes Free，进行几何模型体的网格划分，再点击“Pick all”，对模型进行网格划分。

1.5 载荷的施加

因涉及到的载荷是容器的内压，在选取加载面时会出现容易选到外壁的现象，故利用隐藏非选取面的方式选取加载面。压力容器承受的是内部压力，所以施加Pressure，选取压力容器内表面作为内压的作用面。

2 不同直径容器对分析结果的影响

材料为Q235的钢材，其屈服强度可以近似为235MPa，其极限载荷的定义为材料在处于极限平衡状态时所承受的载荷。通过实验模拟，对直径为20mm容器施加不同大小的内压，当内壁的应力接近235MPa时，此时施加的内应力被看作极限载荷，若超过极限载荷会导致容器器壁的变形，经过ANSYS分析结果如图2.1所示，其极限载荷为160MPa，直径为40mm容器的极限载荷为80MPa，直径为50mm容器的极限载荷为60MPa。所以可以得出容器的直径越大，其极限载荷就会越小。

3 结论

從有限元软件分析可以看出对高压下容器的直径与极限载荷之间的关系：容器的直径越大，其极限载荷就会越小。

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